Modelo Padrão

Definição

O Modelo Padrão da física de partículas é uma descrição matemática das partículas elementares da matéria e as forças fundamentais pelas quais elas interagem e se comportam; um modelo que combina forças eletromagnéticas e fracas.

O modelo padrão

As teorias e descobertas de milhares de físicos desde a década de 1930 resultaram em uma percepção notável da estrutura fundamental da matéria: tudo no universo é feito de alguns blocos de construção básicos chamados partículas fundamentais, governados por quatro forças fundamentais.

Nosso melhor entendimento de como essas partículas e três das forças se relacionam está encapsulado no Modelo Padrão da física de partículas.

Desenvolvido no início da década de 1970, ele explicou com sucesso quase todos os resultados experimentais e previu com precisão uma ampla variedade de fenômenos.

Com o tempo e através de muitos experimentos, o Modelo Padrão tornou-se uma teoria da física bem testada.

Qual é o modelo padrão?

O Modelo Padrão da física de partículas é a melhor aproximação da física a uma teoria completa da realidade.

Descreve dezenas de partículas e as interações entre elas, que se enquadram em três categorias; a força nuclear forte, a força nuclear fraca e o eletromagnetismo.

As partículas se encaixam em duas classes: bósons ou férmions.

Os férmions incluem o próton e o nêutron conhecidos (ambos compostos por quarks, neutrinos e glúons) e o elétron, que é fundamental.

Bósons mediam interações entre férmions.

A principal diferença entre bósons e férmions é que os bósons podem compartilhar o mesmo estado quântico, enquanto os férmions não.

O Modelo Padrão é usado rotineiramente para prever os resultados das interações entre partículas, com muitas figuras significativas de precisão. Não está totalmente completo, mas é a melhor teoria existente desde a sua criação, entre 1970 e 1973.

Os férmions consistem em 6 variedades de quarks e 6 de lépton.

Quase toda a matéria que observamos ao nosso redor consiste em 2 tipos de quarks, o quark “up” e o quark “down” e 1 variedade de lépton, o elétron.

Essas três partículas são suficientes para formar todos os átomos da Tabela Periódica e as moléculas que eles criam quando ligados um ao outro.

Os restantes 4 quarks e 5 léptons são versões mais maciças que, de outra forma, se comportam da mesma forma que seus primos menos maciços.

Eles podem ser criados em experimentos de física de alta energia por períodos de segundos. Todo lépton tem um neutrino (partícula que carrega energia de massa extremamente baixa e alta velocidade) que corresponde a ele.

Todas essas partículas também possuem versões antimatéria, que se comportam da mesma maneira, mas se aniquilam ao entrar em contato com a não antimatéria, convertendo a massa de ambas as partículas em energia pura.

Os bósons existem em 4 variedades, que mediam as três forças fundamentais mencionadas anteriormente. O bóson mais familiar é o fóton, que medeia o eletromagnetismo.

Isso é responsável por todos os fenômenos que envolvem eletricidade, magnetismo e luz.

Outros bósons incluem os bósons W e Z, que mediam a força nuclear fraca; e glúons, que mediam a força nuclear forte que une os quarks em partículas maiores, como nêutrons e prótons.

Dessa maneira, o Modelo Padrão explica ou une três das quatro forças fundamentais da natureza; a força destacada é a gravidade.

O bóson de Higgs é um bóson cuja existência é prevista pelo Modelo Padrão, mas ainda não foi observada. Seria responsável pelo mecanismo pelo qual todas as partículas adquirem massa.

Outro bóson hipotético é o graviton, que mediaria interações gravitacionais.

A gravidade não está incluída no Modelo Padrão porque nos falta uma descrição teórica ou pistas experimentais dos bósons que mediam as interações gravitacionais.

No entanto, a moderna teoria das cordas introduziu possibilidades intrigantes para uma exploração mais aprofundada de possíveis maneiras de expor o graviton hipotético. Se um dia for bem-sucedido, poderá substituir o Modelo Padrão, unindo todas as quatro forças fundamentais, tornando-se a ilusória “Teoria de Tudo”.

Resumo

O Modelo Padrão da física de partículas é a teoria que descreve três das quatro forças fundamentais conhecidas (interações eletromagnéticas, fracas e fortes, e não inclui a força gravitacional) no universo, além de classificar todas as partículas elementares conhecidas.

Foi desenvolvido em estágios ao longo da segunda metade do século XX, através do trabalho de muitos cientistas ao redor do mundo, com a formulação atual sendo finalizada em meados da década de 1970, mediante confirmação experimental da existência de quarks.

Desde então, a confirmação do quark superior (1995), do tau neutrino (2000) e do bóson de Higgs (2012) acrescentou mais credibilidade ao Modelo Padrão.

Além disso, o Modelo Padrão previu várias propriedades de correntes neutras fracas e os bósons W e Z com grande precisão.

Embora se acredite que o Modelo Padrão seja teoricamente autoconsistente e tenha demonstrado enormes sucessos em fornecer previsões experimentais, ele deixa alguns fenômenos inexplicáveis e deixa de ser uma teoria completa das interações fundamentais.

Ele não explica completamente a assimetria dos bárions, incorpora a teoria completa da gravitação, conforme descrito pela relatividade geral, ou explica a expansão acelerada do Universo, como possivelmente descrita pela energia escura.

O modelo não contém nenhuma partícula viável de matéria escura que possua todas as propriedades necessárias deduzidas da cosmologia observacional.

Também não incorpora oscilações de neutrinos e suas massas diferentes de zero.

O desenvolvimento do Modelo Padrão foi conduzido por físicos teóricos e experimentais de partículas.

Para os teóricos, o Modelo Padrão é um paradigma de uma teoria quântica de campos, que exibe uma ampla gama de fenômenos, incluindo quebra espontânea de simetria, anomalias e comportamento não perturbador.

É usado como base para a construção de modelos mais exóticos que incorporam partículas hipotéticas, dimensões extras e simetrias elaboradas (como supersimetria), na tentativa de explicar resultados experimentais em desacordo com o Modelo Padrão, como a existência de matéria escura e neutrinos. oscilações.

Fonte: www.symmetrymagazine.org/home.cern/www.dictionary.com/electron6.phys.utk.edu/www.wisegeek.org/www.discovermagazine.com/physics.info/particleadventure.org/royalsocietypublishing.org